محتويات
الكهرومغناطيسية
من المعلوم أن هذا العالم يحتوي على كمية كبيرة من الطاقة التي تتحكم بدورها في العمليات التي تحدث على سطح الأرض، ومنها القوة الكهربائية والمغناطيسية، ومن المعلوم أن الكهرباء والمغناطيسية ظواهر مترابطة معًا بالقوة الكهرومغناطيسية، وهما يشكلان معًا أساسًا للكهرومغناطيسية أحد تخصصات الفيزياء الرئيسية، وإذا استثني السلوك الناتج عن قوة الجاذبية، فإن جميع الأحداث في الحياة اليومية تقريبًا نابعة من القوة الكهرومغناطيسية، فهي مسؤولة عن التفاعلات بين الذرات والتدفق بين الطاقة والمادة والطاقة، ومن المصطلحات التي تخص الكهرباء؛ الشحنة الكهربائية، والتيار الكهربائي، والمجال الكهربائي، بالإضافة إلى الجهد الكهربائي، والكهرومغناطيسية.[١]
الفرق بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي
يوجد اختلاف بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي في العديد من الأمور، وفيما يأتي سنستعرض أهم المعلومات المتعلقة بكلا المجالين وإيضاح الفرق بينهما:[٢]
المجال الكهربائي
عند تعريف المجال الكهربائي فإننا نعرّفه من ناحية فيزيائية، وفيزيائيًا يعرّف بأنه الفراغ الذي يحيط شحنة كهربائية وله خاصية تُسمى المجال الكهربي أو الحقل الكهربي، والمجال الكهربائي يؤثر كثيرًا على الأجسام المشحونة، أما الحقل الكهربائي فهو التأثير الذي ينتج من خلاله شحنة كهربائية أو مجال مغناطيسي متغير، ووحدة قياس المجال الكهربائي هي نيوتن لكل كولوم وهو ما يعادل فولت لكل متر. ويوجد للمجال الكهربائي خطوط وتعد خطوطًا وهميةً، وهذه الخطوط هي مسار الشحنة الموجبة الحرة التي توضع في المجال، ويوجد الكثير من الخصائص لها، مثل:[٢]
- خطوط وهمية، وتبدأ دائمًا من الشحنة الموجبة وتنتهي بالشحنة السالبة.
- كلما ازدادت خطوط المجال الكهربائي زادت الشحنة الكهربائية والعكس، مما يعني أنهما يتناسبان طرديًا.
- خطوط المجال الكهربائي لا يمكن أن تتقاطع.
- يدل على اتجاه المجال الكهربائي وجود اتجاه نقطة المماس في المجال وذلك عند أي نقطة.
- خطوط المجال عمودية على السطح.
- يكون حقل المجال الكهربائي قويًا عندما تكون الخطوط قريبة من بعضها، بينما تكون ضعيفة عندما تتحرك خطوط الحقل بعيدًا عن بعضها.
المجال المغناطيسي
المجال المغناطيسي قوة مؤثرة مغناطيسية، تنشأ في الفراغ الذي يحيط بالجسم المغناطيسي، أو الموصّل الذي يمر من خلاله تيار كهربائي. وبالتالي فهي المنطقة المحيطة بالمغناطيس ويكون فيها آثار قوة مغناطيسية، ويمكن مشاهدة هذا عمليًا عن طريق نشر برادة الحديد على ورقة، ووضع الورقة على قضيب مغناطيسي، وستلاحظ خطوط ترتيب برادة الحديد الخارجية تتجه من الشمال إلى الجنوب والخطوط الداخلية تتجه من الجنوب إلى الشمال. إضافة إلى أن جميع الأجسام المشحونة والمتحركة تنتج مجالًا مغناطيسيًا.[٣]
أما بالنسبة لخط المجال المغناطيسي، فهو خط وهمي أيضًا مثل الكهربائي، والذي يمثل حركة الأقطاب الافتراضية، سواء من الجنوب إلى الشمال أو من الشمال إلى الجنوب. ومن خصائص خطوط المجال المغناطيسي:[٤]
- أنها خطوط وهمية تتجه من القطب الشمالي إلى الجنوبي خارج المغناطيس، وداخله العكس.
- تكون القوة المغناطيسية عند الأقطاب، وبالتالي فإنها تتكاثف عند الأقطاب وتقل في المناطق الأخرى.
- تعد خطوطًا مغلقة بسبب وجود القطبين معًا، بعكس التيار الكهربائي الذي توجد فيه الشحنة الكهربية منفردة.
تطبيقات المجال الكهربائي
نناقش من خلال التالي مجموعة من التطبيقات في المجالات الكهربائية، وهي:[٥]
- مرسبات الدخان وتنظيف الهواء الكهروستاتيكي: من التطبيقات الأخرى المهمة للإلكتروستاتيك منظفات الهواء الكبيرة والصغيرة، وتحدث عملية التنظيف من خلال وضع شحنة زائدة (عادةً إيجابية) على الدخان والغبار والجزيئات الأخرى في الهواء من خلال الجزء الإلكتروستاتيكي، وبعد ذلك تجذب الجزيئات المشحونة عبر شبكة مشحونة بشحنة معاكسة.
- طابعات الليزر: تستخدم طابعات الليزر عملية "xerographic" من أجل إنشاء صورة عالية الجودة على الأوراق باستخدام الليزر لإنتاج نسخة طبق الأصل على أسطوانة الموصل الضوئي، وتستقبل طابعة الليزر أمر الإخراج من جهاز الكمبيوتر، وبإمكانها تحقيق إخراج بجودة عالية بسبب الدقة التي يمكن بها التحكم في ضوء الليزر من خلال معالجة المعلومات المهمة، مثل صناعة الحروف والخطوط، وقد تحتوي طابعات الليزرعلى معالج أقوى من الذي يعطيها البيانات الأولية المراد طباعتها، ويمكن لطابعات الليزر التحكم بدقة في ضوء الليزر مما يتيح لها إنتاج صور عالية الجودة.
يكمن السر في كيفية عمل طابعات الليزر في وجود الكهرباء الساكنة، إذ يُشحن عنصر يسمى الطبل بشحنة كهرباء إيجابية من خلال التيار الكهربائي، ثم يمسح ليزر صغير الصور المطلوبة على الأسطوانة، وهذا يؤدي إلى إنشاء ما يسمى بالصورة الإلكتروستاتيكية؛ إذ يُشحن الوجه الخلفي للصورة بشحنة سلبية، بينما تُشحن مقدمة الصورة المراد طباعتها بشحنة إيجابية، وبعد ذلك يُرش الحبر على الأسطوانة مع شحنة موجبة، ليلتصق الحبر بالمناطق سالبة الشحنة في البرميل، وبعد ذلك تكون الصورة جاهزة لنقلها على ورقة، وبعد ذلك تُعطى الورقة شحنة سالبة أقوى من تلك الموجودة على الأسطوانة، بحيث يُسحب الحبر بعيدًا عن الأسطوانة، وبعدها تعبر الورقة عبر وحدة الصهر (وهي عبارة عن اثنتين من الأسطوانات الساخنة) من أجل صهر الحبر على الصفحة، ويخرج الورق دائمًا دافئًا من طابعة ليزر، ولهذا السبب بعد طباعة كل ورقة تفرّغ الأسطوانة بواسطة ضوء ساطع يسمى مصباح التفريغ، ويعطي السطح بالكامل شحنة موجبة مرة أخرى لتكون جاهزة للصورة التالية، ومن الجدير بالذكر أن بعض طابعات الليزر تحتوي على وحدات أسطوانية منفصلة وعلب لمساحيق الحبر، بينما يحتوي البعض الآخر على مجموعة علب أسطوانية تُدعى مجمعات الحبر.[٦]
المجال المغناطيسي للأرض
يمكن فهم المجال المغناطيسي للأرض المغناطيسي من خلال تخيل وجود قضيب مغناطيسي داخل الأرض يتواءم بطريقة أو بأخرى مع المحور؛ إذ تقع أطراف هذا المغناطيس بالقرب من القطبين الشمالي والجنوبي من الكوكب، وتنتقل خطوط المجال المغناطيسي من القطب الشمالي للمغناطيس، وتلتف حولها كي تعود في اتجاه القطب الجنوبي، وتكون خطوط المجال المغناطيسي في كل قطب رأسية تقريبًا. وعلى الرغم من عدم وجود شريط مغناطيسي داخل الأرض، إلا أن نفس الظاهرة تحدث حول الأرض، مما يُوجد منطقة واقية حول الكوكب بأكمله تدعى بالغلاف المغناطيسي، وحسب ما ورد من وكالة ناسا، فإن الغلاف المغناطيسي للأرض يقينا من الأشعة الكونية الضارة والرياح الشمسية، وهو المسؤول عن العروض الشفقية المدهشة التي شوهدت عند خطوط العرض العليا لنصفي الكرة الجنوبي والشمالي.[٧]
المراجع
- ↑ "The Relationship Between Electricity and Magnetism", thoughtco, Retrieved 2019-10-20. Edited.
- ^ أ ب "Electric Field", circuitglobe, Retrieved 2019-10-20. Edited.
- ↑ "Magnetic field", britannica, Retrieved 2019-10-20.
- ↑ "Magnetic Field Characteristics", nde, Retrieved 7-11-2019. Edited.
- ↑ "Applications of Electrostatics", opentextbc, Retrieved 2019-10-20. Edited.
- ↑ "How do laser printers work?", imsinkspot, Retrieved 2019-11-9. Edited.
- ↑ "Earth's Magnetic Field and Wandering Poles", livescience, Retrieved 2019-10-20. Edited.
